專利名稱：齒輪箱輸入軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸之間的接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風力渦輪機轉(zhuǎn)子的軸與變更所述軸的轉(zhuǎn)數(shù)以將其調(diào)整至發(fā)電機所要求的轉(zhuǎn)數(shù)的齒輪箱之間的接頭。前述內(nèi)容包括用于清潔能源或可再生能源生產(chǎn)的風力渦輪機。
背景技術(shù)：
驅(qū)動機構(gòu)的標準設計包括將齒輪箱和發(fā)電機置于風力渦輪機轉(zhuǎn)子后側(cè)并在吊艙內(nèi)。這是最緊湊的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸設計和其與驅(qū)動機構(gòu)的集合是風力渦輪機構(gòu)造設計中的最基本點之一。通常情況下，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸和齒輪箱之間的接頭是在車間被制造的，一旦被裝配，其被安裝在吊艙內(nèi)，然后被運輸?shù)浆F(xiàn)場用于安裝。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸被安裝在單獨的軸承上，并且通過摩擦型(扼流)接合或螺栓接合連接到齒輪箱旋轉(zhuǎn)軸。在某些設備中的這種接合采用一種安裝在形成轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱軸的聯(lián)合體外部的軸環(huán)。轉(zhuǎn)子軸被插入到齒輪箱軸上的孔中。液壓(或機械)軸環(huán)將帶有轉(zhuǎn)子軸的空心軸壓緊，并通過摩擦傳輸扭轉(zhuǎn)力矩。對于具有整體緊湊排布的設備，接頭是螺栓接合的并且一個附加物被用于獲得更有效的摩擦表面，正如歐洲專利EP2075466所述。但是，這些類型的接頭可能導致如下問題對于具有整體緊湊排布的設備，螺栓接合和用在接頭上的附加物幾乎沒有表現(xiàn)出模塊性，并且其維護需要吊艙內(nèi)的操縱空間。由軸環(huán)構(gòu)成的接頭在元件的軸向運動期間需要精確調(diào)制，更不必說構(gòu)成軸環(huán)材料的高昂價格。本領(lǐng)域的螺栓接頭使用螺栓和螺釘?shù)慕M合，以確保法蘭比相應通過摩擦單獨傳送扭矩的要小。這被用來避免齒輪箱軸承、軸本身和法蘭的尺寸的不佳。然而，摩擦型接頭對于安裝和拆卸是更加通用的，并且更好的分布功和張力。驅(qū)動機構(gòu)的裝配和隨后的保養(yǎng)/維護是高度實質(zhì)性的并直接地影響風力渦輪機的成本。轉(zhuǎn)子軸傳輸大量的應力并且其與齒輪箱軸的接合必須被極詳細地計算。這些元件為旋轉(zhuǎn)軸并且通常被它們的相應蓋子覆蓋。它們的可替換性和可達性必須被記住。

發(fā)明內(nèi)容
主要由于空間問題，這種新的設計包含附有過盈接合的模塊化、多功能性和堅固性的螺栓接合的聯(lián)合的開發(fā)。因此，本發(fā)明的一個目的是獲得一種較目前市場上那些要輕的驅(qū)動機構(gòu)。本發(fā)明的另一個目的是實現(xiàn)更簡單的裝配和反過來的拆卸(為了齒輪箱的更換)。同樣地，本發(fā)明的另一個目的是設計并利用一種法蘭作為接合中的單一件，所述法蘭由結(jié)構(gòu)鋼形成并能夠承受在裝配期間升高的溫度。
最后，本發(fā)明的另一個目的是接頭由一個法蘭提供，所述法蘭聯(lián)合過盈接合和借助摩擦力的螺栓接合。上述目的通過提供一種結(jié)合的法蘭(banded flange)和一種具體的裝配方法來實現(xiàn)，所述方法先加熱法蘭，關(guān)鍵在于造成裝配過盈的應力。在緩慢的加熱過程之前，所述法蘭件經(jīng)過表面處理使法蘭得到抗腐蝕保護并且其摩擦系數(shù)增大。結(jié)合的法蘭表現(xiàn)為被指定為承受疲勞載荷的壓力元件。鍵槽和其相對應的鍵(位于接合的部件之間)為極端應力帶來差動，并且減少了接合(band)的尺寸。這種新的設計的主要優(yōu)點是成本和重量的減少，以及法蘭緊固到軸上的堅固性。


為了解釋轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸和齒輪箱輸入軸裝配的優(yōu)選方法，在此包括以下附圖圖1示出了轉(zhuǎn)子轂和包括轉(zhuǎn)子軸和齒輪箱的驅(qū)動機構(gòu)部分；圖2示出了轂和轉(zhuǎn)子軸的另外一個透視圖，具有結(jié)合的法蘭的示意；圖3示出了上述附圖的一個截面；圖4示出了兩個部件均具有四分之一截面的轉(zhuǎn)子軸和結(jié)合的法蘭。
具體實施例方式如圖1所示，所示的風力渦輪機轉(zhuǎn)子1是用于三個葉片(圖中未示出)的螺旋型。 相較于單或雙葉片的轉(zhuǎn)子，這種類型的轉(zhuǎn)子1具有增強的結(jié)構(gòu)和空氣動力穩(wěn)定性。能量轉(zhuǎn)化過程涉及將風的動能轉(zhuǎn)化為機械能的轉(zhuǎn)子1、通過齒輪箱3將風力渦輪機中產(chǎn)生的機械動力傳輸?shù)诫娏Πl(fā)電機(未示出)的驅(qū)動機構(gòu)2和最終將機械能轉(zhuǎn)換為電力的發(fā)電機。驅(qū)動機構(gòu)2或者說機械傳動系統(tǒng)，包括將機械扭矩傳輸?shù)叫D(zhuǎn)軸的風力渦輪機的所有元件和部件。因為電力發(fā)電機的轉(zhuǎn)速與風力轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)速不一致，因此而需要齒輪箱3。齒輪箱3的主體將其相應的低速部分連接到轉(zhuǎn)子軸4或低速軸。最重要的設計參數(shù)是在標稱條件下由轉(zhuǎn)子軸4傳輸?shù)呐ぞ?，盡管該扭矩遭受實質(zhì)變差(substantial variations)0除了機械制動器的位置和是否具有機械阻尼器以降低振蕩扭矩值的傳輸以外，齒輪箱3的運行率是其與轉(zhuǎn)子軸4的連接。在圖2中，轉(zhuǎn)子軸4已經(jīng)與一個法蘭5裝配，法蘭5外部包圍所述軸4。所述法蘭 5是由兩個同心環(huán)結(jié)合的單一部件第一環(huán)6具有的寬度大于其高度，第二環(huán)7具有的寬度小于前一個并且具有較大的高度或者外徑。該第二環(huán)7具有朝向模塊(齒輪箱和轉(zhuǎn)子軸) 的軸的貫穿孔8。轉(zhuǎn)子軸4的水平表面與法蘭5的內(nèi)表面之間的接合為過盈接合。法蘭5的豎面或與第二環(huán)7對應的部分與齒輪箱3主體的前表面之間的接合為摩阻式螺栓接合。如圖3、4所示，轉(zhuǎn)子軸4與法蘭5的內(nèi)表面之間的過盈接合在接觸表面的一部分上增加一個鍵槽和其相應的鍵9。存在于應力狀態(tài)中的變化被認為在疲勞載荷譜內(nèi)。存在于極端條件中的最大疲勞扭矩和最大扭矩由結(jié)合的法蘭(banded flange) 5和鍵9的聯(lián)合所承受，鍵是負載差動元件。前述事項與分布在標準IEC 61400的載荷譜相一致。法蘭5的裝配方法類似于用于沉溺元件(lost elements)的方法被加熱并被安
4置在它們的位置上，它們被看作是沉溺(lost)(例如用于軸承的殼)。法蘭5在爐灶中被加熱，當其加熱很高時，對表面處理沒有損害。表面處理預先地完成以使其能夠適當?shù)亟?jīng)受接合溫度(banding temperature)。 所述表面處理因此被應用到第一環(huán)6和第二環(huán)7兩者的表面。一旦被加熱，法蘭5安裝到轉(zhuǎn)子軸4上。為了聯(lián)合負載、加熱中的困難和干涉，鍵 9被添加到轉(zhuǎn)子軸4，其同法蘭5中的鍵槽一起，在接合中創(chuàng)造充分的平衡。鍵9的使用有助于保持裝配溫度下降，而且有助于降低重量并因此降低法蘭的成本。在結(jié)合的元件(banded element)充分冷卻后，由法蘭組件5所表示的表面與由齒輪箱組件3所表示的孔相對立。然后其由受力于牽引力并且平行于組件的軸安裝的螺栓穿越。扭轉(zhuǎn)力通過摩擦傳遞。
權(quán)利要求
1.一種齒輪箱輸入軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸之間的接頭，其特征在于，兩元件之間的連接由一個結(jié)合的法蘭提供，所述法蘭聯(lián)合轉(zhuǎn)子軸(4)的水平表面與法蘭(5)的內(nèi)表面之間的過盈接合；和法蘭(5)的豎面與同轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸相對應的齒輪箱組件(3)的前表面之間的螺栓接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱輸入軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸之間的接頭，其特征在于，一個鍵槽包括在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸(4)與法蘭(5)的內(nèi)表面之間的過盈接合中，并且一個鍵(9)同樣地包括在其內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪箱輸入軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸之間的接頭，其特征在于，法蘭為獨立的部分并由結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)成。
4.一種齒輪箱輸入軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸之間的連接方法，其特征在于，達到一個溫度，例如可以被充分經(jīng)受以用于接合溫度，在開始裝配過程之前，法蘭(5)于一個適當溫度下在爐灶中被加熱，結(jié)合在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸(4)上，給予冷卻并最終緊固到齒輪箱(3)上，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸具有與鍵(9)結(jié)合的鍵槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的齒輪箱輸入軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸之間的連接方法，其特征在于， 法蘭組件(5)上的一些孔(8)相對于齒輪箱組件(3)上的另一些孔對齊，并由受力于牽引力且平行于齒輪箱組件(3)的軸/軸(4)設置的螺栓穿過，并且通過摩擦傳遞扭矩。
全文摘要
齒輪箱輸入軸與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸之間的接合由一個結(jié)合的法蘭(5)提供，所述法蘭聯(lián)合轉(zhuǎn)子軸(4)的水平表面與法蘭(5)的內(nèi)表面之間的過盈接合和法蘭(5)的豎面與同低速軸相對應的齒輪箱(3)的主體的前表面之間的螺栓接合。過盈接合在兩表面之間增加一鍵槽極其其對應的鍵(9)。本發(fā)明還包括具有一溫度T1下表面處理的裝配方法，在一溫度T2下法蘭(5)在爐灶中加熱，將法蘭(5)結(jié)合到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸(4)上，所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸具有與一鍵(9)對齊的鍵槽，隨后冷卻和最后在法蘭(5)與齒輪箱(3)之間螺栓接合。
文檔編號F03D11/04GK102454559SQ20111031914
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者胡安·雷丁·米克萊斯 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司